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ロータリーゲート方式を用いた高速メカニカルレジスト技術
ロータリーゲート方式を用いた高速メカニカルレジスト技術 Mechanical Registration Technology with Rotary Gate System 福邉 徳明* 白川 Noriaki FUKUBE 順司** Junji SHIRAKAWA 要 旨 丸田 和弥** Kazuya MARUTA 苅草 裕治** Yuuji KARIKUSA 松本 到** Tohru MATSUMOTO _________________________________________________ 印刷業界では，出力物がエンドユーザに向けての商品となるため，電子写真方式のデジタ ル印刷機においてもオフセット印刷並みの印刷品質が必要とされる．用紙上の画像位置や表 裏の位置ずれについても高い精度が求められる． リコーの印刷業界向け商品では，高い画像位置精度を実現するため，1枚1枚の用紙位置を 移動して画像に合わせるメカニカルレジスト機構を搭載している． RICOH Pro 8100Sシリーズでは，従来のメカニカルレジスト機構を更に高速化するために ロータリーゲート方式という新たな機構を採用し，画像位置精度と高生産性を両立した．ま た，用紙後端シフト機構を新たに加え，装置の小型化を図りながら，薄紙から厚紙まで高い 画像位置精度を実現した． ABSTRACT _________________________________________________ In the printing industry, printed material is handled as merchandise. Customers of our machines demand offset-level print quality. Precise image registration on print media and accurate image alignment on the front and back pages are also required. Ricoh products targeted for this market are equipped with a precise registration control mechanism that adjusts the paper position for every page. A new registration control mechanism called the "rotary gate system" is adopted in the Ricoh Pro 8100S Series. The system realizes both high productivity and precise image registration. As for front and back image alignment, the newly adopted "sheet end shift mechanism" achieves high accuracy with a wide range of paper thickness and at the same time reduces the overall machine size. * リコーテクノロジーズ株式会社 第一設計本部 Design Division I, Ricoh Technologies Co., Ltd. ** PP事業部 CS設計センター Cut Sheet Designing Center, Product Printing Business Division Ricoh Technical Report No.40 111 FEBRUARY, 2015 1. 背景と目的 印刷業界では，出力物がエンドユーザに向けての 商品となるため，電子写真方式のデジタル印刷機に おいてもオフセット印刷並みの印刷品質が必要とさ れる．そのため，用紙上の画像位置や表裏の位置ず れについても高い精度が求められる． 用紙 ゲート 主にオフィスユースとなる中低速機では，予め機 ①ゲートに用紙を突き当て、 用紙の傾きを補正 械を調整して用紙と画像の位置を合わせることで， 画像位置精度を確保している．一方，印刷業界向け の高速機では低中速機に比べ2倍以上の高い精度が 求められるため，1枚1枚の用紙と画像の位置を合わ せる技術が必要となる． 用紙と画像との位置を合わせるには，用紙あるい は画像のどちらかを他方に合わせて移動させる必要 があるが，高速機においては用紙送りに先立って画 像形成が開始されるため，形成された画像位置へ用 紙を正確に移動させる技術が必要となる． 搬送センサ 上記課題を高い次元で解決するため，リコーの印 タイミングローラ シフトローラ ＣＩＳ（イメージセンサ） 刷業界向けの商品では，1枚1枚の用紙を移動させて ②ＣＩＳで補正量を測定し， シフトローラで主走査レジストを補正 ③搬送センサで用紙先端を検出し，タイミングローラを増減速さ せて副走査レジストを補正 画像に位置を合わせるメカニカルレジスト機構を搭 載している． Fig. 1 Mechanical registration process. RICOH Pro 8100Sシリーズでは，135 ppm（A4ヨ コ送り）という高生産性を達成するため，従来のメ カニカルレジスト機構を更に高速化する必要があっ ① スキュー補正 た．また，装置の小型化を図りながら薄紙から厚紙 ゲート爪に用紙先端を突き当て，ゲートに まで高い画像位置精度を達成することが求められた． 倣わせることで，用紙の傾きを補正する． ② 2. 主走査レジスト合わせ CIS（イメージセンサ）によって用紙側端位 リコーのメカニカルレジスト技術 置を検出し，所定位置との差分を，搬送 ローラ（シフトローラ）ごと用紙を挟持し Fig. 1にメカニカルレジスト機構による用紙位置 た状態で移動させることで用紙側端と画像 合わせプロセスの概略図，Fig. 2に，Pro 8100Sのレ の位置を合わせる． ジストユニットの外観を示す． ③ 副走査レジスト合わせ メカニカルレジスト機構は，まず用紙の斜行補正 搬送センサで用紙先端が通過するタイミン （スキュー補正）を行い，次に主走査レジスト（横 グを検知し，所定のタイミングからの遅れ レジスト），副走査レジスト（縦レジスト）の順で （進み）分を，タイミングローラの速度を 用紙位置合わせを行うもので，以下の工程によって 増減することで補正し，用紙先端と画像の 実現している． 位置を合わせる． Ricoh Technical Report No.40 112 FEBRUARY, 2015 ゲート シフトユニット 用紙搬送方向 用紙搬送方向 シフトローラ ①ｼﾌﾄﾛｰﾗの下流側に配置されたｹﾞｰﾄに，用紙を突 き当てﾊﾞｯﾌｧを形成させてｽｷｭｰを補正する． 搬送センサ ゲート CIS タイミングローラ ②ｼﾌﾄﾛｰﾗを圧接し，用紙をﾆｯﾌﾟする． Fig. 2 Registration unit of Pro 8100S. 3. ロータリーゲート方式による高速化 フィードローラ Fig. 3に，前身機 RICOH Pro C900シリーズ ，Pro 1) ③ｹﾞｰﾄ退避し，ﾌｨｰﾄﾞﾛｰﾗを離間する．ｼﾌﾄﾛｰﾗで再搬 送を開始． C651EXシリーズに搭載したゲートレジスト方式の 動作を説明する． ゲートレジスト方式では，図に示す通り1サイク ＣＩＳ ルの動作が①から⑥のプロセスで構成される．その 内，①から③が用紙を一度停止させる時間，④から ⑥が用紙を搬送している時間になる． シフトユニット Pro C651EXシリーズは最高75 ppm（A4ヨコ送り） で，用紙1枚ごとの処理に許される時間＝1サイクル は800 msecであり，ゲートレジスト方式でも用紙を ④CISで用紙端を検知し，ｼﾌﾄﾛｰﾗごと用紙を横移動 させる． タイミングローラ 停止させる時間が十分確保できるため生産性に課題 は無かった．一方，Pro 8100Sシリーズは最高135 ppm （A4ヨコ送り），1サイクル444 msecとなるため，高 速化のために用紙停止時間を短縮する必要があり， ⑤ﾀｲﾐﾝｸﾞﾛｰﾗに用紙が到達後，ｼﾌﾄﾛｰﾗを離間する． ﾀｲﾐﾝｸﾞﾛｰﾗを増減速し，画像と用紙とのﾀｲﾐﾝｸﾞを合 せる． 従来のメカニカルレジスト機構に新たな改良を加え る必要があった． 消費エネルギーや部品の寿命に配慮しながら高い 生産性を効率的に実現するには，用紙と用紙の間隔 をできるだけ狭めて搬送する技術が必要となる． 従来のゲートレジスト方式では，一度用紙を停止 させてスキュー補正をし，改めて用紙をニップして ⑥先行紙が通過後ｹﾞｰﾄを初期位置に戻し，次用紙 の進入に備える． ゲートを退避し再搬送するため，この部分の時間短 縮が生産性向上のために必須の課題だった． Fig. 3 Gate registration system. Ricoh Technical Report No.40 113 FEBRUARY, 2015 ロータリーゲート方式は，Fig. 4に示す通り1サイ そ こ で ，Pro 8100Sシ リ ーズ で は 新た に ロー タ クルを①から⑤のプロセスで構成する．ローラと一 リーゲート方式を採用した． 体に設けたゲート爪をローラニップの上流に待機さ せており，この時点でローラがニップしている． 用紙搬送方向 ①ゲートに用紙を突き当てた後，②ゲートを退避さ せながら用紙を挟持し再搬送するため，従来のゲー トレジスト方式に比べて工程が少なくなっている． ロータリーゲートローラ したがって，用紙を停止させるプロセスは①のみ であり，用紙停止時間が短縮できるとともに，一連 ①ﾛ-ﾀﾘｰｹﾞｰﾄﾛｰﾗの爪に用紙を突き当てﾊﾞｯﾌｧを形 成させてｽｷｭｰを補正する． の動作に要する時間も短くなっている． Fig. 5は，一連の動作の概念を時間軸で示したも のである． フィードローラ 一定間隔で連続して用紙搬送を行うには，ゲート へ用紙を突き当てて一時停止させてから再搬送開始 ②ﾌｨｰﾄﾞﾛｰﾗで用紙を押し込みながらﾛｰﾀﾘｰｹﾞｰﾄﾛｰﾗ を回転させて用紙をﾆｯﾌﾟする． するまでの時間と，用紙後端抜け後にゲートを初期 位置に復帰させ次用紙の進入に備えるまでの時間を， ＣＩＳ 用紙と用紙の間隔の時間（紙間時間）内で処理する 必要がある． Pro C651EXシリーズの75 ppm機は，用紙の送り シフトユニット 速度（線速）353 mm/s，紙間時間は204.8 msecであ ③CISで用紙端を検知し，ﾛｰﾀﾘｰｹﾞｰﾄﾛｰﾗごと用紙を ｼﾌﾄする．ﾌｨｰﾄﾞﾛｰﾗは離間． る．他方，Pro 8100Sシリーズの135 ppm機は，線速 640 mm/s，紙間時間116.3 msecであり，Pro C651EX タイミングローラ シリーズに比べ約半分の時間で用紙再搬送とゲート 復帰動作を果している． ゲート復帰 次用紙到達 再搬送開始 ④ﾀｲﾐﾝｸﾞﾛｰﾗに用紙到達後，ﾛｰﾀﾘｰｹﾞｰﾄﾛｰﾗを離間 し，ﾀｲﾐﾝｸﾞﾛｰﾗを増減速して画像と用紙のﾀｲﾐﾝｸﾞを 合せる．ｹﾞｰﾄ爪は搬送ﾊﾟｽ下で待機． 用紙突き当て 用 用 用紙到達 用紙後端抜け 用紙搬送時間 再搬送開始 紙間時間 用紙一枚当たりの所要時間 Fig. 5 Time scale of registration. またPro 8100SシリーズではFig. 6に示すように， ロータリーゲート部の一連の動作を1つのモータで ⑤先行紙が通過後，ｹﾞｰﾄ爪を初期位置まで回転さ せ，次用紙の進入に備える． 行っており，ロータリーゲートローラの回転駆動と， フィードローラ，ロータリーゲートローラそれぞれ Fig. 4 Rotary gate system. の離間動作を，接離カムを介することでメカニカル にリンクさせている． Ricoh Technical Report No.40 114 FEBRUARY, 2015 そのため，Fig. 7のチャートに示すように，ロー 再び作像部まで搬送するため，レジスト前で搬送路 タリーゲートモータの回転量を制御するだけで一連 を屈曲させる必要が生じる．よって，A3サイズな の動作を行うことが可能であり，複数のアクチュ どの送り方向に長い用紙は，その後端が屈曲搬送路 エータを複雑に扱う必要がないシンプルな構成と に掛かるように構成せざるを得ない． なっている．（Fig. 7の上段の数字はFig. 4で示した 用紙シフト動作を行うとき，用紙先端をシフトユ 動作の各ステップを表す．） ニットによって横方向に移動させても，用紙の後端 が摩擦負荷を大きく受けていると，後端部の移動が 不十分となり，用紙スキューを誘発することとなる． ロータリーゲートローラ 特に厚紙においては，用紙自身のコシにより屈曲搬 ゲート爪 ゴムローラ部 送ガイド板との摩擦負荷が増すことになる． 接離カム 屈曲ガイド板での摩擦負荷を低減するには，屈曲 の半径を大きく取ることが考えられる．実際に従来 接離カム では屈曲半径をR100程度設けることで，この問題 フィードローラ を回避してきた．しかし，両面搬送路からレジスト 接離レバー に至る搬送路はUターン状に構成されるため，屈曲 ロータリーゲートモータ 半径を大きくするとその高さ方向の寸法も大きくな り，装置全体の高さへの影響が大きかった． Fig. 6 Rotary gate drive system. Pro 8100Sシリーズでは，屈曲搬送路に用紙後端 ④ ① ② ③ ロータリーゲート ローラ 回転 駆動 ゲート爪 突出/退避 突出 ロータリーゲート ローラ 圧接/離間 離間 フィードローラ 圧接/離間 離間 シフト機構を設けることで，この問題を解決した． ⑤ 用紙とガイド板の摩擦負荷の最も大きくなる屈曲 停止 部において，用紙を搬送ローラで挟持したままガイ 退避 ド板と共に，搬送方向と直角な方向に移動可能な構 成としている．レジスト部で用紙先端をシフトさせ 圧接 るのと同期して後端シフト機構を動かすことで，用 圧接 ロータリーゲート ローラ回転角 ［度］ 0 90 180 270 紙を傾けることなく主走査レジスト合わせが可能と 360 なった． Fig. 7 Chart of rotary gate system. 4. 後端シフト機構による省スペース化と 紙厚対応 同期 用紙を搬送方向と直角な方向に移動させる主走査 両面搬送路 レジスト合わせでは，用紙を平行に移動（用紙シフ 用紙後端 シフトユニット ト）する必要があるため，搬送路をなるべく直線状 にして用紙と搬送ガイド板の摩擦負荷を低く抑える Fig. 8 Sheet end shift unit. ことが望ましい．しかし，装置全体の幅寸法を小さ くする場合，レジスト部に至る搬送路を最大用紙長 Fig. 10および11に示すように，Pro C651EXシリー 以上に渡って直線状に構成するのは困難である．ま ズがUターン経路の屈曲半径R100，高さ約250 mm た，両面印刷時は表面印刷後の用紙を表裏反転させ Ricoh Technical Report No.40 で構成されているのに対し，Pro 8100Sシリーズで 115 FEBRUARY, 2015 Table 1 Comparison of sizes. は屈曲半径R60，高さ約130 mmで構成しており，機 械高さを同等としながら給紙トレイを3段に増やし Pro C651EX Pro 8100S 搬送路半径 R100 R60 また，両面印刷の画像位置精度を確保しながら， 搬送路高さ 約250 mm 約130 mm 対応紙厚をPro C651EXと同じ256 g/m2まで可能とし 本体幅寸法 1,320 mm 1,141 mm 本体高さ寸法 1,050 mm 1,020 mm 給紙トレイ数 2段 ている． ている． 1320 両面対応紙厚 5. 52～256 g/m2 まとめ 従来のゲートレジスト方式に代わってロータリー R100 ゲート方式という新たな機構を採用し，高速で高精 1050 250 60～256 g/m 3段 2 度なメカニカルレジスト機構を実現した．また，用 紙後端シフト機構を新たに加え，装置の小型化を図 りながら薄紙から厚紙までの高い画像位置精度を達 成した．これらをRICOH Pro 8100Sシリーズに搭載 し，リコーのカットシート電子写真装置として最高 速の商品を実現した． Fig. 9 Paper pass layout of Pro C651EX. 1141 1020 120 R60 Fig. 11 RICOH Pro 8100S series. 参考文献 _________________________________ 1) Fig. 10 Paper pass layout of Pro 8100S. 佐藤直基ほか: 高速デジタルフルカラープリン ターRICOH Pro C900, Ricoh Technical Report, No. 34, pp. 140-144 (2008). Ricoh Technical Report No.40 116 FEBRUARY, 2015